Rádio plus - KTE, magazín elektroniky

zprávy z redakce Obsah Konstrukce Zvyšující zdroj 24V/0,3A (č. 539)... str. 4 Sledovač signálů (č. 549)... str. 7 Mikrořadič PIC 16F84 ve funkci řídícího obvodu... str. 15 Vybrali jsme pro vás Zajímavé IO v katalogu GM Electronic: 32. Optoelektrické vazební členy (2.část)... str. 20 Představujeme Atmel (procesory 89xxx, 90Sxx a další)... str. 25 Začínáme Malá škola praktické elektroniky (59. část)... str. 28 Mini škola programování PIC (5. část)... str. 31 Teorie Využitie PC a Internetu, 15. část... str. 37 Komunikace Vytvořte si webovou prezentaci, 3.část... str.34 Bezplatná soukromá inzerce... str. 42 Vážení čtenáři, v únorovém čísle našeho magazínu Vám na Vaše přání přinášíme stavebnici vyhledávače signálů. To, že je tento kousek také stěžejním tématem tohoto vydání jste mohli zjistit i při pohledu na titulní stránku, na kterou jsme úmyslně zařadili jako pozadí vyobrazení slavné Baker street, kde neméně proslulý detektiv Sherlock Holmes řešil zdánlivě neřešitelné případy. Neméně zajímavou konstrukcí je Mikrořadič PIC 16F84 ve funkci řídícího obvodu v obousměrném regulátoru otáček elektromotorků při dálkovém ovládání RC modelů. Ten se vztahuje ke stále oblíbenějšímu a stále více medializovanému tématu programování PIC. Na článek samozřejmě navazuje další část mini školy programování PIC. Seriály, které se staly již nedílnou součástí našeho magazínu, nechybí ani tentokrát. Nutno dodat, že se blíží období veletrhů, kde si elektronici a kutilové, přijdou skutečně na své. Upoutávky, které naleznete na vnitřní straně obálky by Vás měly nasměrovat do míst, kde na nějaký čas budete mít možnost inspirovat se, poučit a nebo jen obdivovat kouzla elektroniky. Věříme, že i v tomto období budete mít čas na načerpání informací z našeho časopisu. Vaše redakce Rádio plus - KTE, magazín elektroniky 11/2001 Vydává: Rádio plus, s. r. o. Redakce: Šaldova 17, 186 00 Praha 8; tel.: 02/24818885, tel./fax: 24818886 E-mail: redakce@radioplus.cz URL: www.radioplus.cz Šéfredaktor: Jiří Holík Odborné konzultace: Vít Olmr - e-mail: volmr@iol.cz Grafická úprava, DTP: Gabriela Štampachová Sekretariát: Markéta Pelichová Stálí spolupracovníci: Ing. Ladislav Havlík, CSc, Ing. Jan Humlhans, Vladimír Havlíček, Jiří Valášek, Ing. Jiří Kopelent, Ing. Ivan Kunc Layout&DTP: redakce Fotografie: redakce (není-li uvedeno jinak) Elektronická schémata: program LSD 2000 Plošné spoje: SPOJ - J. & V. Kohoutovi, Nosická 16, Praha 10, tel.: 7813823, 4728263 HTML editor: HE!32 Obrazové doplňky: Task Force Clip Art - NVTechnologies Osvit: Studio Winter, s.r.o., Wenzigova 11, Praha 2; tel.: 02/2492 0232, tel./fax: 2491 4621 Tisk: Ringier Print, s.r.o., Novinářská 7, 709 70 Ostrava, tel.: 069/66 68 111. 2001 Copyright Rádio plus, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Přetiskování článků možno jen s písemným svolením vydavatele. Cena jednoho výtisku 25 Kč, roční předplatné 240 Kč (á 20 Kč/kus). Objednávky inzerce přijímá redakce. Za původnost a věcnou správnost příspěvku odpovídá autor. Nevyžádané příspěvky redakce nevrací. Za informace v inzerátech a nabídce zboží odpovídá zadavatel. ISSN 1212-3730; MK ČR 6413. Rozšiřuje: Společnosti holdingu PNS, a.s.; MEDIAPRINT&KAPA, s.r.o.; Transpress, s.r.o.; Severočeská distribuční, s.r.o. Objednávky do zahraničí vyřizuje: Předplatné tisku Praha, s.r.o., Hvož anská 5-7, 148 31 Praha 4. Distribuci na Slovensku zajiš uje: Mediaprint-Kapa, s.r.o., Vajnorská 137, 831 04 Bratislava (zprostředkuje: PressMedia, s.r.o., Liběšická 1709, 155 00 Praha 5; pmedia@pressmedia.cz, tel.: 02/6518803). Předplatné v ČR: SEND Předplatné s. r. o., P.S. 141, A. Staška 80, 140 00 Praha 4, tel.: 02/61006272 č. 12, fax: 02/61006563, e-mail: send@send.cz, www.send.cz; Předplatné tisku, s.r.o., Hvož anská 5-7, Praha 4-Roztyly, tel.: 02/67903106, 67903122, fax: 7934607. V SR: GM Electronic Slovakia s.r.o., Budovatelská 27, 821 08 Bratislava, tel.: 02/55960439, fax: 55960120, e-mail: obchod@gme.sk; Abopress, s.r.o., Radlinského 27, P.S. 183, 830 00 Bratislava, tel.: 02/52444979-80, fax/zázn.: 02/52444981 e-mail: abopress@napri.sk, www.abopress.sk; Magnet-Press Slovakia, s.r.o., Teslova 12, P.S. 169, 830 00 Bratislava 3, tel.: 02/44 45 45 59, 02/44450697, 02/44 45 46 28, e-mail: magnet@press.sk. 2/2002 3

zprávy z redakce Reklamní plocha 4 2/2002

konstrukce Zvyšujicí zdroj 24V/0,3A stavebnice KTE539 Daniel Chlouba V radioamatérské konstrukční činnosti jsme velmi často postaveni před problém, jak z jednoho vstupního napětí (baterie,síťový adaptér) vyrobit vyšší napětí pro napájení našeho přístroje nejčastěji obvodů osazených operačními zesilovači či pro jiné aplikace. Konstrukčních řešení je několik a výběr konkrétního zapojení vychází z požadavků napájeného zařízení. Pokud nám stačí např. jen zdvojit napětí, (ztrojit, obrátit polaritu) pro velmi malé proudy a bez nároků na stabilizaci, je nejjednodušším řešením použití speciálních IO na bázi nábojové pumpy (viz KTE 2,3 / 2001). Pokud ovšem požadujeme stabilizované výstupní napětí (při proměnném odběru či kolísajícím vstupním napětí) nezbude nám nic jiného než použít zapojení s indukčností. Zkušený čtenář jistě namítne (a právem), že pro tyto aplikace existují specializované obvody, jimž k jejich funkci postačuje jen několik pasivních součástek a tlumivka (např. MAXxxx, LTxxx), jejich dostupnost je však omezená a cena několikanásobně vyšší než u zapojení z diskrétních součástek. Obecný princip zvyšujícího zdroje Principiální zapojení zdroje zvyšujícího kladné napětí je na obr. 1. Tento typ zdroje bývá v anglosaské literatuře označován jako STEP-UP nebo BOOST. Průběhy napětí a proudů jsou zobrazeny na obr. 2. Obvod pracuje následovně: Spínač S spíná rychlostí závisející na frekvenci oscilátoru v řídícím IO, kmitočet je konstantní. Pokud je spínač S sepnut, (doba T 2 ) je napětí U sw nulové (obr.2a), proud ze vstupu (U IN ) teče přes cívku a spínač S. V této době se energie akumuluje v jádru tlumivky L. Průběh uzlového napětí je závislost A (obr.2) a průběh B (obr.2) je zobrazení proudu spínačem S. Během této části periody neteče žádný proud z cívky do zátěže a proud cívkou lineárně roste (průběh C, obr.2) až do okamžiku rozepnutí spínače S. Změny proudu di závisejí na vstupním napětí, indukčnosti a době sepnutí spínače S. Po rozepnutí spínače S (doba T1) chce indukčnost opět udržet směr a velikost proudu I 1 a vzniká na ní indukované napětí, jež narůstá tak dlou- Obr. 1 - Principiální zapojení zdroje ho, dokud není vyšší než výstupní napětí, potom sepne dioda D a otevře cestu proudu do zátěže a zároveň nabíjí výstupní kondenzátor C OUT. Strmost poklesu indukovaného napětí je funkcí indukčnosti a rozdílu vstupního a výstupního napětí. V této fázi se nám sčítá vstupní U IN a napětí indukované, neboli výstupní napětí je vždy vyšší než napětí vstupní. Dioda D má v zapojení ještě oddělovací funkci v době sepnutí spínače S nám zajišťuje oddělení výstupního obvodu od vstupního tak, aby náboj kondenzátoru nebyl sepnutým spínačem S zkratován. V době sepnutého spínače nám proud do zátěže dodává jen náboj kondenzátoru C OUT. Celý cyklus se začne opakovat po opětném sepnutí spínače S. Filtrační kondenzátory C IN a C OUT slouží jako zkrat pro střídavou složku vstupního a výstupního proudu. Průběh proudu vstupním kondenzátorem je stejný jako proud cívkou (obr.2c) bez stejnosměrné složky. Vstupní kondenzátor je nutný pro vlastní funkci zdroje vyrovnává změny napětí na vstupu zdroje. Bez vstupního kondenzátoru mohou změny proudu při spínání spínače S spolu s parazitními indukčnostmi přívodů a vnitřní impedancí zdroje UIN vést až k chybné funkci zdroje. Průběh proudu výstupním kondenzátorem (obr. 2F) je totožný jako proud diodou D bez stejnosměrné složky. Z obrázku plyne, že proud výstupním kondenzátorem roste, když se indukované napětí snižuje. Filtrační kondenzátory C IN a C OUT musí být kvalitní, s malým ESR, schopné snášet impulzní provoz. Velké impulzní proudy způsobují jejich oteplení, jež snižuje jejich životnost. Popis zapojení zdroje Jádrem zdroje je řídící obvod typu UC 3843.Tento obvod byl detailně popsán v předchozích číslech zabývajících se spínanými zdroji (KTE 9/2001), proto se nebudeme jeho funkcí podrobněji zabývat. Po připojení vstupního napětí na svorky X1-1 a X1-2 se nabijí kondenzátory C1 a C2 (jež slouží ke snížení impedance napájecího zdroje) a přes filtrační člen R6, C4 je napájen řídící IO 1. Obvod nám začne generovat budicí impulzy pro spínací tranzistor T1, jenž zde plní funkci spínače S (viz obr 1). Aby IO 1 začal pracovat, musí být vstupní napětí vyšší než 8V, jinak vnitřní podpěťová ochrana (UVLO) Obr. 2 - Průběhy napětí v uzlech zdroje 2/2002 5

konstrukce nedovolí obvod spustit. Po několika sepnutích tranzistoru T1 výstupní napětí dosáhne nastavené hodnoty 24 V. Toto napětí je pomocí odporového děliče R2, R3, R4 vyděleno na hodnotu 2,5 V a přivedeno (přes R5) na vstup chybového zesilovače UFB. V tomto zesilovači je vydělené výstupní napětí porovnáváno s interním referenčním napětím (2,5V) a pomocí obvodu šířkové modulace je řízena střída výstupních impulzů na vývodu 6 IO1 (OUT). Šířkovou regulací je tak dosaženo konstantního výstupního napětí při změnách zátěže či při poklesu vstupního napětí. Zisk chybového zesilovače je určen poměrem odporů R5/R7. Kondenzátor C5 je kmitočtová kompenzace vnitřního OZ. Zdroj pracuje s konstantním kmitočtem, jenž je určen odporem R1 a kondenzátorem C3 a je zvolen (s ohle-dem na použité tlumivky L1 a L2) cca 55 khz. Výstupní impulzy (z vývodu 6 IO1) budí přes odpor R8 řídicí elektrodu spínacího tranzistoru T1. Tento odpor omezuje proudové namáhání vnitřních obvodů IO při nabíjení a vybíjení značné kapacity G tranzistoru T1. Velikost proudu protékajícího sepnutým tranzistorem T1 je snímána na odporech R11, R12, R13 s celkovou hodnotou 0,33 R. Toto napětí je přes filtrační člen R10, C6 6 Obr. 2 - Osazení plošného spoje Obr. 3 - Plošný spoj přivedeno na vývod 3 IO1 (SENS) a slouží zde jako ochrana proti přetížení zdroje. Napětí indukované v tlumivkách L1 a L2 je sčítáno se vstupním napětím a přes diodu D2 nám nabíjí kondenzátory C8,C9 a přes filtrační tlumivku L3 pak i kondenzátory C10, C11. Paralelně k Shottky diodě D2 je připojen tlumicí člen C7, R14, jenž omezuje napěťové překmity vznikající při přerušení proudu tekoucího přes ni. Zdroj dále obsahuje obvod IO2B, který vytváří polovinu výstupního napětí, jenž slouží jako umělý střed výstupního napětí (výstupní svorka X2-2). Druhá polovina obvodu IO2 (A) je zapojena jako jednoduchý komparátor. Na neinvertující vstup je přivedeno referenční napětí 5V z IO 1 (vývod 8, UREF), na invertující vstup IO2A pak vydělené výstupní napětí děličem R18, R19, R20. Dělicí poměr je vypočten tak, aby indikační LED dioda svítila, jen je-li výstupní napětí U CC vyšší než 23,9 V. Pomocí tohoto komparátoru máme kvalitní indikaci, že výstupní napětí má správnou hodnotu. Např. při přetížení měniče jeho napětí poklesne, není již stabilizované, dioda pak nesvítí. Technické údaje: Vst. napětí: 9-16 V Výst. napětí: 24 V Odběr naprázdno: 60 ma / 9 V, 45 ma /12 V Odběr (I 2 = 0,3 A): 0,95 A / 10 V, 0,8 A /12 V Max.zátěž: 0,2 A / 9 V, 0,3 A / 10 V Prac. kmitočet: 55 khz Účinnost: 75% Obr. 1 - Schéma zapojení Pozn.: Celkovou účinnost by bylo možné o cca 10% zlepšit použitím kvalitnějších tlumivek na hrníčkovém jádru (kvalitnější mat. jádra, silnější drát). Konstrukce: Celý měnič je postaven na jedné jednostranné DPS. Jeho konstrukce je přizpůsobena pro zástavbu do jiného zařízení. Rozměry plošného spoje odpovídají krabičce z pocínovaného plechu (typ U- AH 101) původně určené pro VF zařízení, do níž má být deska zapájena. Krabička není pro funkci nezbytně nutná, ale doporučuji její použití, protože je nutno si uvědomit, že použité tlumivky mají otevřené jádro, a tudíž kolem sebe šíří značné magnetické pole, jež může být u většiny aplikací velmi na závadu, neboť ruší kolem sebe, co se dá. Závěr: Tento malý a jednoduchý měnič jistě najde své uplatnění v mnoha aplikacích (hlavně s OZ) a mnoha konstruktérům usnadní návrh zařízení. Díky použitému obvodu UC 3843 obsahuje minimum dalších součástek a není ani nutno nic nastavovat Pouze je nutno dodržet hodnoty a tolerance součástek v obvodech 2/2002

konstrukce komparátorů, tj. R2, R3, R4, R18, R19, R20. Výstupní napětí je možné si zvolit i jiné. Je dáno vztahem: (R2 + R3 + R4)/ R4 x 2,5. Stavebnici si můžete objednat u zásilkové služby společnosti GM Electronic E-mail: zasilkova.sluzba@gme.cz, nebo tel.: 02/24816491 za cenu 314 Kč. Seznam součástek: R1 1k2 R5, 21 10k R2 4k3 R3, 17, 19 100R R4 510R R6 22R R7 1M0 R8 10R R9, 10 1k0 R11, 12, 13 1R0 R14 220R R15, 16 15k R18 8k2 R20 2k2 C1, 4, 8, 10, 12, C13 100n/50V C2 220μ/25V C3 22n CF1 C5 1n0 CF2 C6 2n2 C7 1n5 CF2 C9, 11 220μ/35V D1 18V/1,3W D2 SB160 D3 LED 5 mm 2 ma červená T1 IRF530 IO1 UC3843 IO2 1458 L1-3 09P-330μ 1 Krabička U-AH101 1 Plošný spoj KTE539 Sledovač signálů stavebnice KTE549 V praxi amatérského, ale i profesionálního elektronika se může občas vyskytnout potřeba změření délky impulzu, či zjištění posloupnosti sledu neperiodických impulzů a jejich následná simulace. Jsou-li tyto potřeby časté, zajisté se vyplatí nákup některého z logických analyzátorů tedy měřicích přístrojů k tomuto určených. Jejich pořizovací cena se však pohybuje v řádu desítek tisíc korun, což je i přes jejich vysokou přesnost pro občasné použití zbytečná investice. V řadě případů však není velká přesnost prvořadým požadavkem a uživatel se spokojí i s přibližnou hodnotou, kterou však bude schopen reprodukovat. Stavebnice sledovače signálů je prvotně určena pro potřeby oživování nových zařízení závislých na vstupních impulzech. V řadě případů totiž není možné oživovat závislé obvody přímo ve spolupráci s konkrétním řídicím zařízením (automobil na pracovní stůl nedostanete). Jedná se především o ty situace, kdy řídící impulzy přicházejí v neúnosně dlouhých intervalech (s periodou desítek minut či dokonce dní), nebo jsou přímo závislé na uživatelově akci, a není tedy možné současně obsluhovat řídicí zařízení a oživovat závislé obvody. Podobná potřeba může nastat i v případě, kdy se jedná o krátké impulzy, které sice lze například osciloskopem změřit, avšak je třeba je i zopakovat. Bylo by možné postavit generátor požadovaných impulzů, avšak toto řešení nejen že není příliš elegantní, ale navíc je jednoúčelové. Jednoduchým a celkem univerzálním prostředkem pro řešení takových situací však může být měřicí přípravek zaznamenávající přijaté impulzy do paměti a následně simulující zapsaný průběh. Ve dvoukanálovém provedení (jakým je i naše stavebnice) pak takový přípravek umožňuje i jednoduché porovnání posloupnosti signálů ze dvou různých zdrojů, což je funkce, kterou lze uplatnit i při běžné práci s číslicovými obvody ke změření zpoždění přenosu či stanovení správnosti pořadí hodinových a nulovacích impulzů. Přestože popsané vlastnosti a schopnosti takovéhoto zařízení by je mohly snadno klasifikovat mezi měřicí přístroje, zůstaneme raději u označení přípravek, neboť tato stavebnice má některá omezení, vyplývající z potřeby jednoduchosti a současně víceúčelovosti zapojení. Požadavky na jednoduchost a zároveň široký rozsah použití si v řadě případů (a tento není výjimkou) odporují. Chceme-li mít univerzální zapojení schopné zpracovávat různé druhy vstupních signálů s různými napěťovými hladinami, musíme všechny používané vstupy a výstupy pro tyto rozsahy přizpůsobit. V praxi to pak znamená, že chceme-li zpracovávat úrovně TTL a CMOS, je nutné nejen odlišit napájecí napětí, což bývá obvykle nejmenší problém, ale také prahové (překlápěcí) úrovně, které se u obou nejčastěji používaných logik liší. Pochopitelně je možné těmto požadavkům vyhovět například přepínačem prahových úrovní, což znesnadňuje obsluhu, nebo diodovou maticí či zdvojením vstupů a výstupů, ale pak se můžeme rozloučit s jednoduchostí. Profesionální měřicí přístroje si mohou celkem bezbolestně dovolit více vstupů optima- 2/2002 7

konstrukce Obr. 1 - Jeden impulz lizovaných pro určitý druh vstupního signálu, protože se na výsledné ceně ani rozměrech (zpravidla obsahují grafický displej) již příliš neprojeví, ale pro potřeby našeho přípravku je třeba volit jistý kompromis. Podobný kompromis je nutné nalézt mezi přesností měření, resp. rozlišovací schopností a cenou logické části zpracovávající vstupní signály. Přestože jakékoliv jiné řešení měření než použití mikroprocesorů nepřichází v úvahu, i zde narážíme na jistá omezení. Čím vyšší přesnost vyžadujeme, tím rychlejší procesor potřebujeme. Ačkoli dnešní běžně dostupné a cenově přijatelné procesory pracují na frekvenci až 24 MHz, musíme též počítat s potřebou zpracování přijatých dat (což může trvat i několik strojových cyklů), ale také s jejich ukládáním, a to vše pro dva kanály. Procesor navíc musí obsluhovat displej a sledovat i stavy tlačítek či přepínačů v očekávání např. přerušení měření či změny režimu činnosti. Nechceme-li tedy použít procesor s cenou v řádu stokorun, nebo dokonce víceprocesorové provedení, je nutné výrazné snížení rozlišovací schopnosti. Podobně je třeba počítat s potřebou paměti pro uložení naměřených hodnot. Čím větší rozlišovací schopnost, resp. přesnější a delší měření, tím větší objem dat bude třeba uchovat, a ceny pamětí nejsou nijak nízké. Taktéž druh paměti je velmi důležitý, protože má-li být přípravek přenosný, musí mít bateriové napájení, a tedy omezenou životnost. Proto potřebujeme paměť typu EEPROM (elektricky mazatelnou), která si svůj obsah uchová i po vypnutí napájení. Výsledkem těchto kompromisů je stavebnice KTE549 určená pro měření délky impulzu a zachycení časových průběhů dvou dvoustavových (logických) signálů a jejich následné zpětné přehrání. Zařízení obsahuje paměť pro uložení deseti různých záznamů dvojic průběhů. Navíc lze uložená data pomocí standardního sériového rozhraní RS232C přesouvat do PC a tam je dále zpracovat, nebo naopak data předem připravená v PC (nebo uložená z předchozích měření) do sledovače uložit a pak tyto logické průběhy přehrávat. Vzhledem k maximálnímu zjednodušení obvodového zapojení zařízení jsou pochopitelně parametry záznamu omezeny. Rozlišovací schopnost (tj. minimální interval mezi dvěma po sobě následujícími změnami úrovně na vstupech) je 50 mikrosekund. Kapacita paměti umožňuje zachytit až 64 změn stavů na obou vstupech. Změnou stavu se rozumí interval záznamu, během kterého dojde ke změně logické úrovně alespoň na jednom vstupu. Lze tedy zachytit např. na každém vstupu po 16 impulzech, jejichž žádné náběžné ani sestupné hrany nejsou synchronní, nebo 32 impulzů na jednom vstupu a žádný na druhém atd. Záznam je současně omezen časově maximální možná délka záznamu je 2 097 151 intervalů (tj. cca 105 vteřin). Při překročení kterékoliv z mezních hodnot se záznam automaticky ukončuje. Pro zvýšení životnosti baterie a současně zvětšení napěťového rozsahu vstupů je napájení umožněno nejen z 9V destičkové baterie, ale též přímo z měřeného zařízení, čímž získáme i napětí pro určení rozhodovací úrovně vstupů. Oba vstupně-výstupní obvody sledovače jsou zapojeny zcela shodně, a proto si jejich funkci představíme pouze na kanálu A. Vstupní signál je přiváděn na vývod X1-2 a přes rezistory R1 a R3 je veden na přepěťové diody D1 a D2, které zajišťují, aby se na vstup komparátoru nedostalo vyšší (či nižší) napětí, než je napájecí. Úkolem komparátoru IO1 je rozhodnout, zda napěťový signál na neinvertujícím vstupu odpovídá stavu log. H či log. L. K tomu slouží odporový dělič R4 a R5, vytvářející hodnotu právě 1/2 napětí +U, což vyhovuje logice CMOS a postačí i pro TTL. Výstup komparátoru ovládá oddělovací tranzistor T3, jehož úkolem je zajistit vstupní napěťové úrovně odpovídající potřebám procesoru (+5 V), a zabránit tak pronikání vyššího proměnného napětí z komparátoru. Výstupní signál z procesoru v režimu přehrávání je nejprve invertován tranzistorem T2 (v režimu nulování jsou výstupy procesoru ve stavu log. H, a tedy by se na výstupu sledovače mohlo objevit nežádoucí kladné napětí), který současně převede úroveň +5 V z procesoru na hodnotu odpovídající napájecímu napětí Obr. 2 - Průběh rozlišení vstupních obvodů (+Ucc=+U-0,3 V). Invertovaný signál pak přímo ovládá koncový výstupní tranzistor T1 připojující na výstup kladné napětí +U. Maximální proud tranzistorem T1 může dosahovat hodnoty až 0,5 A. Aby se však zabránilo jeho zničení v případě náhodného zkratu na výstupu, slouží rezistor R1 jako proudová ochrana. Rezistor R2 zajišťuje stejnosměrnou úroveň nejen pro komparátor při nezapojeném vstupu, ale též určuje výstupní hladinu log. L při přehrávání. Přestože pro některá použití může být hodnota tohoto rezistoru příliš vysoká (např. logika TTL), není vhodné ji na této pozici příliš snižovat, neboť současně určuje vstupní impedanci sledovače, a její nízká hodnota by v jiných případech (logika CMOS) mohla vést ke znehodnocení měření, či dokonce zničení měřeného obvodu. Je-li tedy nutné impedanci snížit, je lépe (byť méně elegantní) použít vnější rezistor s vhodnou hodnotou. Srdcem sledovače je osmibitový mikropočítač s interní FLASH-EPROM programovou pamětí IO2. Jeho oscilátor pracuje na kmitočtu daném krystalem Q1 a kondenzátory C4, C5. Vzhledem k tomu, že pracovní kmitočet je 24 MHz, je nutné použít typ mikropočítače 89C52-24PC nebo 89C52-24PI, typy s označením x- 20PC nebo x-12px s tímto kmitočtem pracovat nebudou! Článek R21/C3 generuje po zapnutí zařízení kladný nulovací impulz pro mikropočítač. Jako paměť dat IO4 je použita EE- PROM, která pro zachování uložených dat nepotřebuje žádné napájení. Předepsaný typ 93C86 (s kapacitou 2048 byte) je nutno dodržet, ostatní EEPROM z řady 93C komunikují odlišným způsobem a nespolupracovaly by s mikroprocesorem IO2. Pro převod napěťových úrovní TTL na úrovně komunikačního rozhraní RS232C a naopak je použit převodník MAX232 (nebo ekvivalentní - např. ICL232) ve standardním katalogovém zapojení. Jeho výhodou je, že potřebné napěťové zvyšovače a invertory má integrovány přímo na čipu. Obr. 3 - Sled impulzů 8 2/2002

konstrukce Pro zobrazení údajů je použita čtyřnásobná segmentovka D8. Ta má společné katodové vývody pro všechny zobrazované pozice, je tedy třeba ovládat ji multiplexně. Anodové spínače jednotlivých pozic tvořené tranzistory T8 až T11 a odpory R23 až R30 spolu s anodovým spínačem přídavných LED D5 až D7 (T7, R31) jsou ovládány pomocí portů P2.0 až P2.4 mikropočítače IO2. Katody čtyřnásobné segmentovky a přídavných LED jsou k zemnímu potenciálu připojovány přes port P0 mikropočítače IO2. Protože však díky multiplexnímu zapojení displeje by bylo proudové namáhání portu P0 větší, než dovoluje výrobce, je posílen výkonovým budičem IO3, jehož třístavové výstupy jsou trvale aktivovány uzemněním povolovacích vstupů B1, B2. Odporová síť R22 definuje logickou jedničku na vstupech budiče IO3, protože všechny bity portu P0 mikropočítače IO2 se (zjednodušeně řečeno) chovají jako výstupy s otevřeným kolektorem. Dva porty mikropočítače IO2 (P3.6, P3.7) pracují jako vstupy dat ze vstupních komparátorů a další dva (P1.6, P1.7) jako výstupy dat pro výstupní výkonové spínače. Zbylé porty mikropočítače IO2 jsou využity pro připojení ovládacích prvků. Oba přepínače i obě tlačítka uzemňují v aktivním stavu příslušný port mikropočítače IO2, logickou jedničku v neaktivním stavu ovládacího prvku určuje interní pull-up rezistor každého použitého portu mikropočítače. Přestože je zařízení sledovače považováno za dvoukanálové a zapojení obou vstupů je totožné, jejich funkce je poněkud odlišná, neboť se vzájemně chovají jako hlavní (A) a vedlejší (B). Hlavní vstup slouží pro měření délky impulzu a určuje okamžik zahájení záznamu v závislosti na poloze přepínače S4, zatímco funkce vstupu B závisí na režimu činnosti sledovače a vstupu A. Vzhledem k možnému širokému rozmezí vstupních napětí je zapojení zdroje poněkud složitější, než je obvyklé. Je totiž nutné zajistit nejen odlišné napájení pro komparátor vstupních úrovní a procesor s podpůrnými obvody, ale též rozdílné výstupní napětí +U. Vnější napětí se připojuje v vývodům X1-1 a X1-4 (měřící špičky), nebo k napájecímu konektoru X3 určenému k napájení sledovače ze síťového adaptéru při dlouhodobé komunikaci s počítačem. Sériová dioda D9 zabraňuje přepólování vnějšího zdroje, zatímco rezistor R36 se Zenerovou diodou D10 chrání obvody sledovače před přepětím. Výsledné napětí +U je určeno pro napájení koncových tranzistorů při přehrávání záznamu a současně je odebíráno pro napájení sledovače. Oddělovací dioda D12 zabraňuje Obr. 4 - Schéma zapojení sledovače signálů 2/2002 9

konstrukce pronikání vyššího napětí z baterie na +U při nezapojeném externím napájení, nebo má-li externí zdroj nižší hodnotu, než je napětí baterie. Stejný účinek má i dioda D13 chránící naopak baterii při vnějším napájení vyšším napětím. Napájecí napětí +Ucc za vypínačem S5, sloužící k napájení vstupních obvodů, je tedy minimálně +9 V z baterie, nebo vyšší z externího zdroje. Dále následuje ještě klasický stabilizátor IO6 7805 vytvářející kladné napájecí napětí +5 V pro displej, mikroprocesor s podpůrnými obvody a komunikační převodník IO5. Celé zapojení je umístěno na jednostranné desce plošných spojů a je určeno pro vestavbu do krabičky U-KP17. Před vlastním osazováním je nejprve třeba převrtat plošný spoj a upravit dodanou krabičku vyštípnutím či odříznutím přebytečných výčnělků. Nejprve na plošném spoji převrtáme dva otvory na rozpěrné sloupky krabičky na průměr 7-8 mm, čtveřici upevňovacích otvorů desky, dvojici pomocných otvorů konektoru Cannon9 a zajišťovací otvor kablíku k baterii na průměr 3,2 mm a též pájecí a upevňovací body přepínačů S4 a S5 na 1,5 mm. Nyní vložíme plošný spoj do víka krabičky tak, aby se pozice pro konektor Cannon nacházela na jeho vyšší straně, a přesvědčíme se, že lze desku pohodlně navléknout na dvojici rozpěrných sloupků krabičky, případně rozměr desky poněkud opravíme pilníkem. Nyní můžeme převrtat i pájecí body displeje a přepínače S1 na 1 mm, rezistorové sítě R22, diod D9-13, konektorů X3 a X4 a stabilizátoru IO6 na 1,1 mm. Dále je nutné přenést na víko krabičky pozice součástek přesahujících obrys, stejně jako umístění napájecího konektoru a displeje. V případě ovládacích prvků a displeje to lze učinit, s jistou mírou nepřesnosti, pomocí vrtací šablony vytvořené z příkladu popisu panelu, avšak u konektorů X3, X4 a vypínače S5 bude nutné trochu improvizovat. K desce přišroubujeme upevňovací rozpěrné sloupky a součástky provizorně vložíme do plošného spoje, který následně přiložíme k víku krabičky a jehlou či špendlíkem si Obr. 5 - Obrazec plošných spojů sledovače signálů vyznačíme obrysy prvků. Dále vyřízneme či vypilujeme v bocích krabičky obdélníkové otvory pro přepínač S5 a konektor X4. Hloubku potřebnou pro jednotlivé prvky určíme zkušebně vložením desky do krabičky, přičemž rozpěrné sloupky musí těsně dosednout k víku. Otvor pro napájecí konektor je nutné vyvrtat spíše odhadem. Jak již bylo dříve zmíněno, lze k úpravě čela krabičky použít návrh popisu panelu jako vrtací šablony, ale je třeba počítat s jistou nepřesností dosahující až 2 mm. Proto lze pozice pro displej a ovládací prvky přenést na krabičku přímo z plošného spoje pomocí tenkého špendlíku či jehly, k čemuž slouží pomocné dírky v osách tlačítek a přepínače S1 či v rozích předpokládaného obrysu obdélníkových výřezů pro displej a přepínač S4. Popis panelu pak na víko usadíme podle otvorů pro ovládací prvky a teprve potom ořízneme. Otvor pro měřicí vodiče vyvrtáme podle použitých kablíků na boku krabičky zhruba v místech pájecích bodů na plošném spoji. Nyní nám zbývá jen přilepit upevňovací rozpěrné sloupky pomocí vteřinového lepidla naneseného na jejich předpokládané umístění. Po vložení plošného spoje se sloupky do krabičky již stačí jen pár minut počkat, aby lepidlo zaschlo. Plošný spoj pak lze od sloupků odšroubovat a můžeme začít osazováním. Vzhledem ke skutečnosti, že plošný spoj neobsahuje žádné drátové propojky ani jiná úskalí, neměl by mít s osazováním problémy ani méně zkušený amatér. Součástky osazujeme v obvyklém pořadí od nejmenších po největší a od pasivních po aktivní. Na pozici procesoru osadíme patici, což nám umožní pozdější vyjmutí procesoru a případně i jeho přeprogramování novějším programem. Při osazování napájecího konektoru je nutné podle potřeby převrtat otvor pro zajišťovací výstupek (otvor s průměrem 1,5-1,9 mm by měl být co nejpřesnější). Pro snížení stavební výšky je filtrační kondenzátor C12 montován ze strany součástek naležato, zatímco stabilizátor IO6 je umístěn se strany spojů. Předpokládáme-li používání přípravku s vnějším napětím převyšujícím cca 15 V, je vhodné doplnit IO6 o malý chladič. Před zapájením měřicích vodičů je nesmíme zapomenout provléknout víkem krabičky (zkušenost autorova) a zajistit proti vytržení například uzlem či vhodnou kabelovou příchytkou. Přestože zapojení neobsahuje žádné nastavovací prvky a při oživování není nutné očekávat nějaké problémy, je vhodné provést prvotní spuštění bez osazeného procesoru a ověřit přítomnost napájecích napětí na jednotlivých integrovaných obvodech, stejně jako správnou činnost vstupních obvodů. Při- 10 2/2002

konstrukce pojíme-li rezistor R8 (R18) k napětí +5 V (klidový stav portu P1.6, resp. 1.7 IO2), musí být na příslušném vstupu stav log. L, a naopak při jeho uzemnění musí výstup přejít do H (+U). S porty P1.6 a P1.7 připojenými k +5 V pak můžeme ověřit činnost vstupů. Je-li na vstupu stav log. H (+Ucc), musí být na příslušném portu IO2 (P3.6 nebo P3.7) log. L, a naopak. Tím je ukončeno oživování analogové části, vložíme procesor do patice a vyzkoušíme činnost celého zapojení pomocí diagnostických nástrojů programu. Zařízení umožňuje testovat vlastní hardwarové obvody a provést kompletní reset operačního systému. Tyto zvláštní funkce nejsou pro činnost zařízení nutné, umožní ale jednoduchou lokalizaci eventuálních závad. Před spuštěním zvláštních funkcí je nutné zařízení vypnout (resp. odpojit od napájecího napětí). Test displeje umožňuje kontrolu funkčnosti displeje, s jeho pomocí lze snadno identifikovat vadné segmenty číslicovek nebo vadné LED, eventuálně jejich katodové nebo anodové spínače Ve vypnutém stavu stiskněte tlačítko PAMĚŤ, držte je stisknuté a teprve pak zařízení zapněte. Poté je možné tlačítko PAMĚŤ uvolnit. Nyní se na displeji postupně rozsvěcují jednotlivé segmenty číslicovek a diody LED. Test probíhá trvale cyklicky, ukončit jej lze pouze vypnutím zařízení. Test vstupních obvodů umožňuje kontrolu funkčnosti vstupních obvodů a komparátorů. Při tomto testu displej zobrazuje okamžitý stav na obou vstupech zařízení Ve vypnutém stavu stiskněte tlačítko START/STOP, držte je stisknuté a teprve pak zařízení zapněte. Poté je možné tlačítko START/STOP uvolnit. Nyní se na displeji zobrazují písmena A. a b. reprezentující vstupy stejnojmenných kanálů a za nimi vždy symbol nízké či vysoké úrovně - podle toho, jaká úroveň je právě na daném vstupu. Test probíhá trvale, ukončit jej lze pouze vypnutím zařízení. Provedením systémového resetu se veškeré parametry zařízení nastaví do výchozích hodnot jako při prvním zapnutí nového zařízení Ve vypnutém stavu stiskněte současně tlačítka START/ STOP i PAMĚŤ, držte je stisknutá a teprve pak zařízení zapněte. Pak již je možné obě tlačítka uvolnit. Na displeji se zobrazí init a probíhá inicializace EE- PROM. Po úspěšném naprogramování EEPROM se na cca 1,5 vteřiny na displeji zobrazí verze software V. 1.0 a poté údaj o komunikační rychlosti po rozhraní RS232C bd.9.6 (tj. 9600 Bd), rovněž na cca 1,5 vteřiny. Nakonec se zobrazí nápis End informující o úspěšném provedení systémového resetu. Nyní je třeba zařízení vypnout a po následném zapnutí již normálně funguje. Pokud se z jakéhokoliv důvodu nepovede paměť EEPROM naprogramovat (vadná EEPROM, jiný typ EEPROM než 93C86, neosazená paměť apod.), reset je přerušen a na displeji se zobrazí chybové hlášení Err.M (error - memory). Toto hlášení se rovněž může zobrazit při normálním provozu zařízení, pokud dojde k poruše komunikace procesoru s pamětí EEPROM. Systémový reset proběhne také automaticky vždy při prvním zapnutí zařízení po výměně EE- PROM nebo procesoru. Obr. 6 - Obrazec rozmístění součástek Ovládání a ovládací prvky Přepínač SYNC (S4) slouží k volbě synchronizace při měření délky impulzu a záznamu sledu impulzů. Přepínač určuje, jakou hranou příchozího impulzu se má zahájit záznam, resp. zda měříme délku impulzu log. H nebo log. L. Synchronizace probíhá zásadně podle vstupu A. náběh - záznam začíná v okamžiku, kdy se po stisku tlačítka START/ STOP na vstupu kanálu A objeví první náběžná hrana. Je-li v okamžiku stisku tlačítka START/STOP na vstupu kanálu A vysoká úroveň (logická jednička), je záznam spuštěn ihned. 0 - synchronizace vypnuta - záznam začíná vždy okamžitě po stisku tlačítka START/STOP, nečeká se na změny stavu na vstupu kanálu A. doběh - záznam začíná v okamžiku, kdy se po stisku tlačítka START/STOP na vstupu kanálu A objeví první sestupná hrana. Je-li v okamžiku stisku tlačítka START/ STOP na vstupu kanálu A nízká úroveň (logická nula), je záznam spuštěn ihned. Přepínač FUNKCE (S1) prioritně určuje veškerou činnost zařízení, podle zvolené funkce probíhá záznam či přehrávání dat, zápis či čtení dat do/z paměťové banky v EEPROM, nebo komunikace s PC po sériové sběrnici RS232C. 1) Záznam / jeden impulz - po stisku tlačítka START/STOP se připraví záznam impulzů ze vstupů A, B do pracovní paměti, vlastní záznam dat začíná v závislosti na volbě synchronizace přepínačem SYNC. Opakovaný stisk tlačítka START/ 2/2002 11

konstrukce Obr. 7 - Údaje zobrazované sledovačem impulzů 12 2/2002

konstrukce STOP záznam předčasně ukončí, automaticky je záznam ukončen po doběhnutí impulzu (na vstupu kanálu A) nebo po zaplnění pracovní paměti. Displej zobrazuje délku impulzu zaznamenaného na kanálu A (viz dále). Při práci s paměťovými bankami je v této poloze přepínače možné data z pracovní paměti ukládat do paměti EEPROM. 2) Záznam / sled impulzů - po stisku tlačítka START/STOP se připraví záznam stavů vstupů A, B do pracovní paměti, vlastní záznam dat začíná v závislosti na volbě synchronizace přepínačem SYNC. Opakovaný stisk tlačítka START/ STOP záznam předčasně ukončí, automaticky je záznam ukončen po zaplnění pracovní paměti. Displej zobrazuje celkovou délku záznamu (viz dále). Při práci s paměťovými bankami je v této poloze přepínače možné data z pracovní paměti ukládat do paměti EEPROM. 3) Přehrávání - po stisku tlačítka START/ STOP je ihned započato přehrávání pracovní paměti na výstupy A, B. Opakovaný Obr. 8 - Příklad popisu panelu stisk tlačítka START/STOP přehrávání předčasně ukončí. Je-li v pracovní paměti zaznamenán jeden impulz, zobrazuje displej jeho délku. Je-li v pracovní paměti zaznamenán sled impulzů, zobrazuje displej celkovou délku záznamu (viz dále). Typ záznamu lze zobrazit stiskem tlačítka PAMĚŤ. Při práci s paměťovými bankami je v této poloze přepínače možné data z paměti EEPROM načítat do pracovní paměti. 4) Režim komunikace - pouze v tomto režimu je povolena komunikace s PC. Veškeré ostatní funkce jsou vyřazeny a procesor je převeden do pracovního módu se sníženou spotřebou - odběr zařízení se výrazně snižuje (cca 5x). V klidovém stavu bliká na displeji poslední desetinná tečka. Při příjmu dat z PC se na cca 3 vteřiny zobrazí symbol rcv (receive), při vyslání dat do PC pak symbol trn (transmit). Vznikne-li při přenosu dat nějaká chyba, zobrazí se po jejím výskytu na cca 3 vteřiny symbol??? Tlačítko START/STOP spouští nebo předčasně zastavuje záznam, resp. přehrávání dat, v součinnosti s tlačítkem PAMĚŤ potvrzuje změnu paměťové banky a přesun dat. Tlačítko PAMĚŤ umožňuje zobrazit typ záznamu v dočasné pracovní paměti (jeden impulz/sled impulzů) a v součinnosti s tlačítkem START/STOP provádět změny aktuální paměťové banky v EEPROM a přesuny dat. Zobrazení doby záznamu na displeji Protože lze zaznamenat široký rozsah dob (50 μs až 104,85755 s) a jsou k dispozici pouze čtyři segmentovky, pracuje displej dynamicky a zobrazuje pouze nejvyšší čtyři platné číslice (tzn. že nevýznamné nuly na začátku jsou ignorovány). Řád zobrazovaného čísla je pak indikován jednou ze tří LED (mikrosekundy / milisekundy / sekundy). Pokud při záznamu dojde k přetečení maximální možné doby (tj. 104,85755 s), zobrazí se na displeji symbol over (přes). Dojde-li při záznamu k vyčerpání kapacity pracovní paměti a záznam je ukončen automaticky, bliká při zobrazení doby záznamu LED určující řád zobrazovaného čísla. Není-li v aktuální paměťové bance (resp. v pracovní paměti) žádný záznam, zobrazí se na displeji symbol none (žádný). Práce s paměťovými bankami Je-li stisknuto tlačítko PAMĚŤ, zobrazuje displej po celou dobu jeho stisku symbol typu záznamu ( - jeden impulz, - sled impulzů) a číslo aktuální paměťové banky v EEPROM (symbol M. a číslici 0 až 9). Není-li v aktuální paměťové bance žádný záznam, zobrazuje se jako typ záznamu pomlčka. Asi za půl vteřiny po uvolnění tlačítka PAMĚŤ se zařízení vrací do klidového stavu. Změna paměťové banky se provede krátkým uvolněním a opětovným stiskem tlačítka PAMĚŤ (číslo paměťové banky je cyklicky inkrementováno v rozsahu 0 až 9, po bance č. 9 následuje opět banka č. 0). Přesun dat z paměti EEPROM do pracovní paměti, nebo z pracovní paměti do paměti EEPROM se pak provede stiskem tlačítka START/STOP při stále stisknutém tlačítku PAMĚŤ v závislosti na poloze přepínače FUNKCE: 1) Při nastavené funkci Záznam se data z pracovní paměti uloží do nově vybrané paměťové banky v EEPROM. Na displeji se zobrazí symbol wr. (write). 2) Při nastavené funkci Přehrávání se data z nově vybrané paměťové banky z EEPROM přesunou do pracovní paměti. Na displeji se zobrazí symbol rd. (read). Není-li po volbě nové aktuální paměťové banky stisknuto tlačítko START/STOP 2/2002 13

konstrukce (tzn. není proveden přesun dat do / z nové paměťové banky), není změna čísla paměťové banky akceptována a po uvolnění tlačítka PAMĚŤ a návratu zařízení do klidového stavu se obnovuje původní paměťová banka. Po zapnutí zařízení je vždy nastavena paměťová banka číslo 0 a data z ní jsou přesunuta do dočasné pracovní paměti. Obsluha základních funkcí Přehrávání/Záznam Obr. 9 - Vrtací šablona panelu Je-li přepínač FUNKCE v jedné z poloh Záznam, je po stisku tlačítka START/ STOP spuštěn záznam (jednoho impulzu, resp. sledu impulzů). Záznam probíhá v závislosti na nastavení přepínače synchronizace SYNC (viz výše). Po celou dobu záznamu dat zobrazuje displej symbol rec (record). Po ukončení záznamu (manuálně či automaticky) jemv dočasné pracovní paměti sledovače nahrán průběh dat ze vstupů obou kanálů A, B a na displeji je zobrazována délka impulzu na vstupu A, resp. délka celého záznamu. Pokud je zvolena přepínačem SYNC synchronizace začátku záznamu dat (náběžnou či sestupnou hranou), je po povolení záznamu tlačítkem START/STOP za symbolem rec zobrazena pomlčka. Ta zhasne v okamžiku první změny stavu na vstupu A, která vyhovuje podmínkám synchronizace, tedy v okamžiku začátku vlastního záznamu. Zaznamenané průběhy je nyní možné zpětně přehrát (stejně tak i data přesunutá do pracovní paměti z některé paměťové banky EEPROM - viz výše) - je třeba přepnout přepínač FUNKCE do polohy Přehrávání a stisknout tlačítko START/STOP. Na displeji se zobrazí symbol PLAY a data zaznamenaná v pracovní paměti jsou vysílána na výstupy kanálů A i B. Data zaznamenaná v dočasné pracovní paměti lze dále dle potřeby uložit do jedné z paměťových bank v EEPROM. Tam data zůstávají uložena i po vypnutí sledovače, narozdíl od obsahu dočasné pracovní paměti, který je po vypnutí zařízení nenávratně ztracen! Postup při ukládání dat je uveden výše. Záznam nových průběhů lze opakovat po zpětném přepnutí přepínače FUNKCE do jedné z poloh Záznam. Původní ob- sah pracovní paměti se nemusí nijak mazat, je automaticky přepisován novými daty. Jsou-li (po předchozím spuštění) záznam či přehrávání dat ukončeny ještě před uvolněním tlačítka START/STOP, jsou na displeji symboly rec, resp. PLAY nahrazeny pomlčkami. Ty se zobrazí také při manuálním ukončení záznamu či přehrávání dat. Zařízení umožňuje mimo popsané funkce či spíše jejich využitím sledovat například i zákmity tlačítek, kontrolovat posloupnost dat na sériovém portu PC (do rychlosti 9600 Bd), či posloupnost impulzů na klopných obvodech či čítačích. Při použití je však pochopitelně třeba počítat s omezenou rychlostí, resp. rozlišením 50 μs (cca 10 khz), a nemá tedy smysl pokoušet se zachytit signály rychlých TTL nebo dokonce počítačových sběrnic. Stavebnici si můžete objednat u zásilkové služby společnosti GM Electronic E- mail: zasilkova.sluzba@gme.cz, nebo tel.: 02/24816491 za cenu 1200 Kč. Seznam součástek R1, 11 120R R2, 3, 12, 13 100k R4-7, 14-17, 19, 21 10k R8, 18 2k2 R10, 20 4k7 R22 8x10k R23-30 150R R31-35 3k3 R36 100R C1, 2, 13-20 100n/50V C3 10μ/25V C4, 5 18p C6, 7 33n C8-11 4μ7/50V C12 100μ/35V miniaturní C16 100μ/10V D1-4 1N4148 D5-7 LED 3mm červená D8 HD-M514RD D9, 11, 12 BAT48 D10 25V/1,3W D13 1N4007 T1, 2, 4, 5 TUN T2 TUN T3, 6-11 BC337 IO1 LM2904 IO2 89C52-24PC IO3 74HCT541 IO4 93C86 IO5 ICL232 IO6 7805 Q1 24MHz miniaturní S1 SB20-3 S2 B121L S3 B121R S4 GS373 S5 P-B1408 X2 006-PI X3 SCD-016 X4 CAN 9 Z 90 1 Krabička KP17 4 Rozpěrný sloupek DI5M3X10 1 DIL 40PZ 14 2/2002

konstrukce Mikrořadič PIC 16F84 ve funkci řídícího obvodu v obousměrném regulátoru otáček elektromotorků při dálkovém ovládání RC modelů Ing. Rudolf Česánek Blokové zapojení a časové průběhy signálů v důležitých bodech regulátoru Regulátor může být připojen na libovolný kanál přijímače RC soupravy. Funkce a vlastnosti regulátoru jsou jednoznačně dány programem mikrořadiče a lze je změnit pouze změnou programu. Mikrořadič vzorkuje délku periodických kanálových impulzů v reálném čase. V závislosti na velikostí a smyslu výchylky řídicí páky zvoleného kanálu vysílače generuje v meziimpulzním intervalu signály VPŘED nebo VZAD, kterými přes výkonový člen řídí otáčky motoru a směr rotace. Zadní hranou impulzů VPŘED/VZAD jsou spouštěny monostabilní klopné obvody. Impulzy monostabilních klopných obvodů prodlužují působení impulzů VPŘED/VZAD na výkonový člen. Tím je už při malé odchylce řídící páky za hranici neutrální polohy zajištěn dobrý rozběh elektromotoru. Při nastavení maximálních otáček, kdy jsou impulzy VPŘED/VZAD nejdelší a vyplňují téměř celou dobu trvání meziimpulzního intervalu, překrývají impulzy monostabilních klopných obvodů časový interval, ve kterém mikrořadič v následující periodě vstupního signálu znovu vzorkuje délku kanálového impulzu. Tím jsou při maximální výchylce řídicí páky dosaženy maximální otáčky motoru pro oba směry otáčení. Logické součtové členy oddělují výstupy RAO/RA1 mikrořadiče od výstupů monostabilních klopných obvodů a umožňují návazné působení signálů výstupních impulzů monostabílních obvodů na zadní hranu impulzů VPŘED/VZAD. Každý elektromotor potřebuje určité počáteční rozběhové napětí naprázdno. Pro zatížený motor je rozběhové napětí vyšší. Při řízení elektromotoru impulzním signálem s proměnnou délkou impulzu Obr. 1 - Blokové schéma t i vzhledem ke konstantní délce periody T, je regulační napětí motoru dáno střední hodnotou impulzního signálu U s, U s = t i /T x U iimp Např. pro délku impulzu t i = 2ms, opakovací periodu T= 8ms, amplitudu impulzu U iimp =6V, bude střední hodnota impulzního průběhu U s = 1,5V. Amplituda impulzu je dána velikostí napájecího napětí výkonového členu mínus úbytky napětí na přechodech KE výkonových tranzistorů T3,T4 / T5,T6. S prodlužováním impulzu t i, roste střední hodnota U s, rostou otáčky a naopak. Z obrázku je zřejmé, že při malých výchylkách řídicí páky v blízkém okolí její neutrální polohy jsou délky kanálových impulzů a jím úměrné délky impulzů VPŘED/VZAD malé (250ms, 500ms), proto nedosáhne střední hodnota impulzního signálu U s hodnotu rozběhového napětí. Zařazením monostabilních klopných obvodů spouštěných zadní hranou impulzů VPŘED/VZAD a sečtením impulzů VPŘED/VZAD s impulzy monostabilních obvodů logickými součtovými členy, se doba působení řídících impulzů na výkonový člen prodlouží tak, že už při malých výchylkách řídící páky dosáhne střední hodnota napětí U s hodnotu rozběhového napětí elektromotoru. Vhodnou volbou prvků R1,C1 a R2,C2 lze rozběhové napětí přizpůsobit použitému elektromotoru a jeho počátečnímu zatížení. Regulátor vykonává následující funkce: 1. Vzorkuje délku periodických kanálových impulzů v rozsahu (1500 ± 500) ms. 2. Vymezuje neutrální polohu řídicí páky v rozsahu ±50μs od klidové polohy, při které je délka kanálových impulzů rovna 1500 μs. Pro odchylky cca ± 50 μs od neutrální polohy zůstane motor v klidu. 3. Generuje impulzy VPŘED/ VZAD a po jejich logickém sečtení 2/2002 15

konstrukce s impulzy monostabilních obvodů řídí směr rotace a otáčky elektromotoru. Regulátor nereaguje na kanálové impulzy s nadlimitní délkou >2000 ms a podlimitní délkou < 1000ms. Činnost regulátoru je rozdělená do dvou po sobě následujících časových intervalů: V době trvání amplitudy kanálových impulzů vzorkuje mikrořadič délku kanálových impulzů. Kanálové impulzy jsou připojeny na vstup RB0/INT mikrořadiče. V mezimpulzním intervalu generuje impulzy VPŘED/ VZAD, kterými řídí smysl rotace a otáčky motoru. Signál VPŘED je k dispozici na výstupu RA0, signál VZAD je k dispozici na výstupu RA1 mikrořadiče. Princip funkce regulátoru Vzorkování periodických kanálových impulzů a generování signálů VPŘED/ VZAD zajišťuje programovatelný číslicový obvod PIC 16F84. Vzorkování kanálových impulzů se provádí vzorkovacím intervalem Δt, který je dán naprogramovanými konstantami a kmitočtem krystalu. Kmitočet krystalu definuje délku instrukčních cyklů mikrořadiče. Experimentování se dvěma funkčními vzorky regulátoru ukázalo, že pro plynulou regulaci zcela vyhovuje vzorkování délky kanálového impulzu vzorkovacím intervalem Δt = 25μs. Pro generování i m p u l z ů VPŘED/VZAD byl zvolen přírůstek Δt = 250μs. S přihlédnutím na technické parametry mikrořadiče a parametry zpracovaného signálu lze ovšem zvolit jiné hodnoty vzorkovacího intervalu nebo přírůstku Δt. Vzorkováním kanálového impulzu o délce 2000μs vzorkovacím intervalem Δt = 25μs dostaneme počet vzorkovacích intervalů N=80 (2000μ s: :25μs) = 8O. Zobrazení vzorkování na číselné a časové ose (obr. 3) Z grafu je zřejmé, že kanálovým impulzům v rozsahu (1500 ± 500) μs jsou vzorkovacím intervalem Δt jednoznačně Obr. 3 - Sled impulzů Obr. 2 - Schéma zapojení 16 2/2002 přiřazeny číselné hodnoty vzorků N= 40, 41,...58,59,60,61,...79, 80, které jsou v meziimpulzním intervalu použity pro generování impulzu VPŘED/VZAD. Pro číselné hodnoty vzorků < 40, které reprezentují podlimitní délky vstupního signálu < 1000μs, > 80, které reprezentují nadlimitní délky vstupního signálu >2000μs, a číselné hodnoty vzorků 58, 59, 60, 61 (z intervalu ±50μs), které reprezentují neutrál řídicí páky, se impulzy VPŘED/VZAD negenerují a elektromotor zůstane v klidu. Pro časový interval +500μs plyne celkový počet vzorků n =80-60=20. Analogicky pro časový interval -500μs plyne celkový počet vzorků n=60-4o=20 Schéma zapojení, osazení desky a postup při oživení regulátoru otáček Osazení desky Nevrtáme otvory pod nepoužitými vývody integrovaných obvodů IO1, IO2, protože pod nimi

konstrukce vedou spoje pájecí strany B. Při osazení desky odstřihneme nepoužité vývody patic DIL 16/18. Ze strany A plošného spoje provedeme celkem 6 drátových spojů. Integrované obvody vložíme do patic, až když jsme si jistí bezchybným propojením všech spojů a po odstranění možných nežádoucích zkratů, které mohly vzniknout pájením nebo chybným provedením spojů. Postup při oživení regulátoru Regulátor byl vyzkoušen pro dva typy elektromotorků GRAUPNER SPEED 260 do 6V (cca 5W) a GRAUPNER SPEED 460 do 7,2V (cca 15W) bez chlazení výkonových tranzistorů BD711/BD712. V každém případě je třeba napájení výkonového členu jistit pojistkou cca 6.3A pro případ náhodného mechanického zablokování motoru nebo jiného zkratu. Za předpokladu bezchybné montáže a správného naprogramování mikrořadiče nevyžaduje regulátor žádné další nastavení. Dáme si záležet na precizním provedení spojů výkonového členu zvláště u výkonových tranzistorů zapojených v můstku. Pečlivě očistíme spoje a provedeme jejich kontrolu lupou a ohmmetrem. (Při odpojeném elektromotoru nesmí být zkrat mezi kolektory výkonových tranzistorů T3,T4 a T5,T6.) Před vložením mikrořadiče a monostabilního klopného obvodu do patice je důležitá kontrola správné funkce výkonového členu. Na výkonový člen připojíme elektromotorek a napájecí napětí. Postačí napětí např. 5V, pokud možno s proudovou ochranou. Plus pólem zdroje se v patici vyjmutého mikrořadiče dotkneme vývodu RA0. Motor se musí roztočit plnými otáčkami v určitém směru. Poté se v patici vyjmutého mikrořadiče dotkneme plus pólem zdroje vývodu RA1. Motor se musí roztočit plnými otáčkami v ob-ráceném směru. Stejnou zkoušku můžeme provést na vývodech patce A1, V proceduře Init se aktivuje požadovaný režim mikrořadiče. V proceduře Start se vynulují pracovní registry PULZ, POM, PROCES. a CYKL. Procedura Sample začíná programovou smyčkou TEST RBO, která detekuje přítomnost amplitudy kanálového impulzu. Po zjištění amplitudy kanálového impulzu na vstupu RB0 začne vzorkování délky kanálového impulzu vzorkovacím intervalem Δt=25ms. Vzorkováním délky kanálového impulzu se do registru PULZ ukládá počet vzorků N. N násobek Δt vyjadřuje délku aktuálního kanálového impulzu. Např. pro neutrální polohu řídicí páky, které odpovídá délka kanálového impulzu 1500μs, se do registru PULZ načte číslo N = 60 (60x25 μs = 1500μs). Test registru PULZ pro N>80, odfiltruje z dalšího zpracování impulzy, jejichž délka je >2000ms. Vzorkování délky kanálového impulzu je ukončeno zadní hranou kanálového impulzu. Zadní hrana kanálového impulzu vyvolá proces přerušení. Obsluha přerušení proběhne v proceduře Interrupt. Kromě obsluhy pře- 0 40 80 podlimitní délky gen. impulz VZAD gen. impulz VPŘED nadlimitní délky N<40 N>80 podlimitní délky +50μs nadlimitní délky -50μs impulzy <1000μs -500μs +500μs impulzy >2000μs 0 1000μs 1500μs 2000μs μsq1 a A2, Q2 vyjmutého monostabilního klopného obvodu. Připojením +pólu zdroje ve zmíněných bodech patice a současnou regulací napájecího napětí lze měnit otáčky motoru. Když se přesvědčíme o správné funkci výkonového členu, vložíme do patic monostabilní klopný obvod a mikrořadič. Tím je regulátor připraven k činnosti. Po vyzkoušení správné činnosti regulátoru přihneme výkonové tranzistory k plošnému spoji. Tím se podstatně sníží výškový profil regulátoru. Samozřejmě že nejspolehlivější přehled o funkci regulátoru získáme pomocí osciloskopu generátoru impulzů s požadovanou periodou signálu a regulovatelnou délkou impulzu. Vývojový diagram programu mikrořadiče a jeho popis Vývojový diagram obsahuje sled postupných logických programových kroků, které mikrořadič vykonává při řízení otáček elektromotoru. Názvy Init, Start, Sample, Interrupt, Servo, PulzDowvn a PulzUp označují v zdrojovém programu návěští jednotlivých procedur. Obr. 5 - Osazení spoje Obr. 4 100 N t 2/2002 17

konstrukce 18 2/2002

konstrukce rušení předá program obsah registru PULZ do reg. POM, provede test délky vzorkovaného impulzu. Když je vzorkovaný impulz delší než 1000ms (N>40), nastaví se v registru PROCES příznak Flag (Flag=1), program se vrátí z přerušení, dokončí zbývající instrukce procedury Sample, provede test příznaku Flag registru PROCES. Když je příznak Flag nastaven (Flag=1), přejde program do rutiny s návěštím Servo. V případech, kdy je přerušení vyvoláno zadní hranou kanálových impulzů kratších než 1000μs (N<40), bude příznak Flag =0, program neprojde k návěští Servo, ale se vrátí na začátek procedury Sample. Tím začne nový cyklus detekce a vzorkování kanálového impulzu v následující periodě signálu. Stručně, příznak Flag=0 odfiltruje kanálové impulzy kratší než 1000μs (pro impulzy N<40 nebudou generovány impulzy VPŘED/VZAD), pro Flag=1 program pokračuje generováním impulzů VPŘED/VZAD. V proceduře Servo se nejdříve odfiltruje neutrální poloha řídicí páky pro Nref=60 (délka impulzu =1500μs). Pro N=Nref=60 se program vrátí na počátek procedury Init. Délka N kanálového impulzu je uložena v registru POM. Po jejím odečtení od referenční hodnoty Nref = 60 se do registru POM uloží rozdíl N-Nref. Podle toho, zda je N>Nref nebo N<Nref, (kanálový impulz >1500μs nebo <1500μs) předá program další řízení procedurám PulzUp/PulzDown, které v době meziimpulzního intervalu generují impulzy VPŘED/VZAD. Zadní hrany impulzu VPŘED/VZAD spouští monostabilní klopné obvody, takže na výkonový člen, který řídí směr rotace a otáčky elektromotoru působí součet délek signálů VPŘED/VZAD mikrořadiče a výstupních signálů příslušného monostabilního obvodu. V procedurách PulzUp/PulzDown se znovu testuje hodnota N uložená v registru POM, odfiltrují se hodnoty neutrálních poloh řídicí páky n=61 (PulzUP) a n=59, 58 (PulzDown). Program předá do registru PULZ, zjištěnou délku kanálového impulzu, reprezentovanou číslem n. Časovač mikrořadiče tmr0 vygeneruje přírůstek Δt=250ms, takže v mezi- impulzním intervalu bude generován impulz VPŘED/VZAD v n krocích po 25Oms. Celková délka generovaného impulzu bude rovna nx250μs, kde n=1,2,3,4,... 20. Rozsah délek generovaných impulzů VPŘED/VZAD bude od 250μs do 5000μs s přírůstky Δt=250μs. Poznámky: 1. Při generování délky impulzů VPŘED/ VZAD se odfiltrují číselné hodnoty pro neutrální polohy 58,59, 60,61, tím se od celkového počtu vzorků n=20 vzorků Δt odečtou 4 hodnoty, které by scházely při generování impulzů VPŘED/VZAD. Pro obnovení jejich počtu na n=20 je posunuta mez nadlimitních impulzů na N=82 a mez podlimitních impulzů je posunuta na N=37. Posunutím mezí se rozšíří interval vzorkování kanálových impulzů od 950μs do 2050μs. Když přesahuje délka kanálových impulzů RC soupravy nastavené meze 37 a 82, t.j. mezní délky kanálových impulzů 950μs až 2050μs, projeví se to při maximálních výchylkách řídící páky zastavením elektromotoru. Pokud nelze zkrátit délku kanálových impulzů vysílače do rámce uvedených mezí, lze v zdrojovém programu rozšířit podlimitní nadlimitní meze např. na N=36, 83. 2. Pro hodnoty R=56kW a C=100nF je délka impulzů monostabilních klopných obvodů rovna 2ms. Tím je příznivě ovlivněn počáteční rozběh motoru. Volbou časových konstant R1,C1, R2,C2 můžeme rozběh upravit podle použitého motoru a počáteční zátěže nejlépe tak, že po oživení regulátoru nahradíme pevné odpory R1,R2 potenciometry 100kΩ, kterými nastavíme rozběh podle použitého motoru a počátečního zatížení. Před jejich připojením nastavíme jezdce potenciometrů do střední polohy. 3. Pro opakovací periodu cca 8ms jsou impulzy VPŘED/VZAD generovány v rozsahu 0,25ms až 5ms. Po sečtení impulzů VPŘED/VZAD s impulzy monostabilních klopných obvodů součtovým logickým obvodem působí na řídící člen prodloužené regulační impulzy v rozsahu 2,25ms až 7ms. 4. U souprav dálkového ovládání s delší opakovací periodou než 8ms je třeba pro generování impulzů VPŘED/VZAD naprogramovat přírůstky Δt větší než 250ms. Tím se v prodlouženém meziimpulzním intervalu zajistí potřebný nárůst střední hodnoty impulzního signálu a dobrá regulace v oblasti maximálních otáček. Např. pro periodu kanálových impulzů 12ms vložíme ve zdrojovém programu v proceduře PulzUP a PulzDown pomocí instrukcí movlw 99, movwf tmr0 do časovače tmr0 číselnou hodnotu 99. Tím se přírůstek Δt prodlouží z hodnoty 250μs na 500 μs. Nyní budou generovány impulzy VPŘED/VZAD, nx0,5ms, kde n=1.2.3,...20. Jejich délky budou v rozsahu od 0,5ms do 10ms. Pro soupravy s periodou 20ms vložíme do tmr0 číselnou konstantu 0. Přírůstek Δt se prodlouží na 0,825ms. Tím budou generovány impulzy VPŘED/ VZAD o délce nx0,825ms, n=1,2,3,...20. Rozsah jejich délek bude od 0,825ms do 16,5ms. Délky impulzů působících na výkonový člen můžeme pro periody kanálových impulzů 12/20ms dále prodloužit volbou časových konstant monostabilních klopných obvodů. Když při zachování kmitočtu krystalu 5MHz zkrátíme vzorkovací interval Δt na 10μs, dostaneme pro délku kanálového impulzu 2000μs celkový počet vzorkovacích intervalů N=(2000:10)= = 200. Mez podlimitních impulzů bude N<100, nadlimitních impulzů N>200 a pro neutrální polohy řídicí páky můžeme zvolit např. 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154. Pro generování impulzů VPŘED/VZAD zvolíme přírůstek Δt=100ms, takže pro nx100ms, kde n=1,2,3,...50 budou pro opakovací periodu kanálových impulzů cca 8ms generovány impulzy VPŘED/VZAD v rozsahu od 100μs do 5000μs. Toto řešení však obsahuje určitý problém, který spočívá v tom, že při kmitočtu krystalu 5MHz nelze instrukčními cykly o délce O,8μs generovat dostatečně přesný vzorkovací interval Δt=10ms. Když bude vzorkovací interval Δt menší než 10μs, načte se do registru PULZ hodnota N větší než reálná délka měřeného impulzu a pro Δt větší než 10μs se do registru PULZ načte hodnota N menší než reálná délka měřeného kanálového impulzu. Prakticky se to projeví kladným nebo záporným posunem neutrálních, nadlimitních a podlimitních hodnot N načtených vzorkováním do registru PULZ (např. číselná hodnota neutrální polohy N načtená do registru PULZ bude větší nebo menší než očekávaná neutrální poloha N=150). Tento posun je ovšem proporcionální, proto jej lze vyloučit tak, že do zdrojového programu vložíme číselné hodnoty posunutých mezí a neutrálu, které musíme zjistit měřením pomocí osciloskopu a generátoru impulzů. Lepším řešením je volba vyššího kmitočtu krystalu, např. 10MHz, kterým lze docílit potřebnou přesnost generování vzorkovacího intervalu a úprava zdrojového programu pro zvolený kmitočet a vzorkovací interval. Závěr Popisovaný obousměrný regulátor otáček se vzorkovacím intervalem Δt=25μs pracuje zcela spolehlivě a spojitě a možnost využití vzorkovacího intervalu Δt=10μs je uvedena pouze jako námět pro další experimenty. 2/2002 19

vybrali jsme pro Vás Zajímavé integrované obvody v katalogu GM Electronic Dva základní druhy izolačních zesilovačů Podle toho, zda interní PIN křemíkové fotodiody optočlenu pracují v hradlovém (fotovoltaickém) režimu, kdy ozářeny jsou zdrojem elektrického napětí nebo v režimu fotovodivostním (odporovém), kdy závěrně polarizovaná dioda mění ozářením svou vodivost (odpor), setkáme se s různými zapojením oddělovacích zesilovačů. V tomto smyslu můžeme říci, že typické aplikační zapojení uvedené na obr. 5 v [1] využívá fotovodivostního principu. Dále rozebereme funkci zesilovačů obou druhů. Fotovoltaické izolační zesilovače Tento typ izolačního zesilovače má výbornou linearitu, nízký drift a v případě číslicového zpracování přenášeného signálu lze při A/Č převodu počítat i s rozlišením přes 12 bitů. Typické zapojení unipolárního neinvertujícího zesilovače pro vstupní signál s kladnou polaritou je na obr. 1. Přeměny signálu, ke kterým v tomto zesilovači dochází, jsou naznačeny v obr. 2. Vstupní operační zesilovač OZ1 zajistí, že proud zpětnovazební fotodiody je přímo úměrný vstupnímu napětí, tedy I P1 = U IN /R1 a jak víme z [1], pro proud I F svítivou diodou optočlenu tekoucí do výstupu OZ1 platí I F = I P1 /K1. Proud výstupní fotodiody I P2 = I F K2 je pomocí 32. Optoelektronické vazební členy - 2. část Ing. Jan Humlhans Minulou část [1] jsme uzavřeli, po uvedení základních parametrů a funkce lineárního optočlenu IL300, popisem jeho typického aplikačního zapojení. Tento integrovaný obvod umožňuje, na rozdíl od způsobů využívajících převodníky A/D a U/f a transformátorové nebo kapacitní vazby, případně optočleny určené pro přenos digitálních signálů, realizovat galvanické oddělení elektronických obvodů efektivně, jednodušeji a bez významné ztráty kvality přenášeného signálu vtipným využitím optické zpětné vazby. V tomto pokračování se blíže zaměříme na různá zapojení izolačních zesilovačů lišící se především režimem v nichž pracují interní fotodiody a postupům při jejich návrhu. Obr. 1 - Zapojení unipolárního fotovoltaického izolačního zesilovače pro kladné vstupní napětí OZ2 převeden na napětí tak, že platí U OUT = R2 I P2. Pro přenos G kladného vstupního napětí izolačním zesilovačem zapojeným podle obr. 1 tedy platí, obdobně jako pro typické zapojení uvedené v [1] na obr. 5, vztah: U G U OUT IN K2 R2 R2 K3 K1 R1 R1 20 2/2002 (1) S využitím uvedených vztahů, hodnot parametrů použitých součástek a na základě požadovaných vlastností, lze odpory rezistorů R1 R3, jak si ukážeme na příkladu pro vstupní napětí 0 U IN 1 V, vypočítat v několika krocích. Operační zesilovač OP-07 použitý na vstupu (i výstupu) obvodu na obr. 1 má maximální výstupní proud I O MAX = ±15 ma. Z tab. 2 v [1] dále víme, že pro IL300 jsou typické hodnoty konstant K1 = K2 = 0,007 a K3 = 1. Z hodnoty proudu I O MAX, tedy i maximálního proudu tekoucího svítivou diodou IL300 vypočteme proud zpětnovazební fotodiodou I P1 = K1 I OUT MAX = 0,007 15 ma = 105 μa. Nyní již můžeme vypočítat odpor rezistoru R1 = U IN /I P1 = 1 V/105 μa=9,524 kω, který zaokrouhlíme na 10 kω. Nakonec ještě určíme z (1) odpor rezistoru R2 ve zpětné vazbě výstupního OZ2. Pro požadovaný přenos izolačního zesilovače, např. G = 1, platí R2 = R1 G/K3= R1 = 10 kω. Šířka pásma (-3 db) takto zapojeného zesilovače je asi 45 khz. Pokud chceme vytvořit neinvertující zesilovač záporného vstupního napětí, je třeba zapojení modifikovat podle obr. 3. Obr. 2 - Jednotlivé fáze při přenosu kladného signálu unipolárním izolačním zesilovačem z obr. 1 - Zpětnovazební i výstupní fotodioda jsou zapojeny proti obr. 1 obráceně a svítivá dioda v IL300 je napájena proudem tekoucím z výstupu OZ1. Rozfázovaně je Obr. 3 - Unipolární fotovoltaický izolační zesilovač pro záporný vstupní signál přenos signálu pro tento případ znázorněn v obr. 4. Při přivedení kladného vstupního napětí obvod nepracuje, ale nepoškodí se. Kombinací obvodů na obr. 1 a 3 do obvodu zapojeného podle obr. 5, lze s dvěma optočleny IL300 získat bipolární izolační zesilovač, který přenese signál, který nabývá obou polarit. Svítivé diody, zpětnovazební a výstupní fotodiody v optočlenech jsou zapojeny antiparalelně a tak zatímco IL300a zajišťuje přenos kladného, optočlen IL300b je aktivní při záporném vstupním signálu. Linearita to- Obr. 4 - Jednotlivé fáze při přenosu záporného signálu unipolárním izolačním zesilovačem z obr. 3

Obr. 5 - Fotovoltaický izolační zesilovač pro bipolární vstupní signál hoto obvodu je velmi dobrá, pro zajištění stejného přenosu obou polarit je třeba vybrat optočleny se stejným přenosem K3. Nevýhodou je zkreslení do 5% vznikající při průchodu signálu úrovní vstupní země a malá šířka pásma, asi 1 khz. Obr. 6 - Jednotlivé fáze přenosu bipolárního signálu izolačním zesilovačem využívajícího předpětí 100mA Obr. 7 - Zapojení fotovoltaického izolačního zesilovače, který pomocí předpětí přenese bipolární signál dle obr. 6 Bipolárně pracující zesilovač lepších vlastností, s poněkud složitějším zapojením, který ale vystačí s jediným IL300 lze vytvořit tak, že vstupní a výstupní operační zesilovač je doplněn o zdroje konstantního proudu spojené s jejich invertujícími vstupy a patřičně posunující klidovou vstupní a výstupní úroveň. Přenos signálu v takovém izolačním zesilovači probíhá podle obr. 6, možné praktické zapojení, včetně řešení zdrojů proudu 100 μa vytvořených pomocí operačního zesilovače a referenčního zdroje napětí 1,2 V napájeného konstantním proudem z polem řízeného tranzistoru, je na obr. 7. Rovněž tento izolační zesilovač má výbornou linearitu a stabilitu a lze jej užít v systémech v nichž následné číslicové zpracování signálu probíhá s rozlišením až na 12 bitů. Fotovodivostní izolační zesilovače U izolačních zesilovačů v nichž závěrně polarizované interní fotodiody lineárního optočlenu pracují v odporovém režimu lze dosáhnout výrazně větší šířky pásma. Následkem horší linearity a driftu má však v případě číslicového zpracování signálu význam použití jen zhruba 8 až 9-ti bitového A/Č převodníku. Na obr. 8 je zapojení zesilovače na tomto principu určeného pro kladný vstupní signál, které je shodné s typickým aplikačním obvodem uvedeným na obr. 5 v [1]. Přenos tohoto zesilovače má tedy pro nás již známý tvar G = U OUT / U IN = K3 (R2/R1). Odpor rezistoru R1 volíme podle rozpětí vstupního signálu a maximálního výstupního proudu I O MAX, kterým lze zatížit OZ1 a který tedy bude i maximálním proudem svítivé diody I F- MAX. Odpor R1 určíme ze vztahu: Na výstupu tohoto izolačního zesilovače je použit napěťový sledovač a jeho výstupní napětí je tedy shodné s úbytkem napětí generovaným na rezistoru R2 proudem výstupní fotodiody optočlenu. Podle požadované hodnoty přenosu G, známé hodnoty konstanty K3 pro IL300 a v této fázi již rovněž známého odporu R1, vypočítáme odpor R2 z rovnice: (3) Pokud odpor R1 přesahuje 10 kω, může dojít k nestabilitě, které lze zabránit kmitočtovou kompenzací pomocí kondenzátoru s malou kapacitou, např. 22 pf, zapojeného mezi výstup a neinvertující vstup OZ1. Při použití klasického operačního zesilovače typu 741 na místě OZ1 a OZ2 lze počítat se šířkou pásma 100 khz i vyšší. vybrali jsme pro Vás Obr. 9 - Bipolární izolační zesilovač využívající odporový režim fotodiod optočlenu (2) Obr. 8 - Unipolární izolační zesilovač využívající odporový režim fotodiod optočlenu Podobně jako v případě fotovoltaické verze izolačního zesilovače, uvedeme na obr. 9 zapojení, které nám dovolí zpracování bipolárního signálu. To je umožněno zavedením předpětí do smyčky elektrooptické zpětné vazby ve vstupní části zesilovače ze zdroje stabilního napětí -U REF1 přes rezistor R3. Operační zesilovač OZ1 budí svítivou diodou na vstupu optočlenu takovým proudem, aby následkem ozáření zpětnovazební diody tekl do rezistoru R3 takový proud, aby napětí mezi vstupy OZ1 bylo nulové. Např. při U IN = 0 musí tedy vzniknout na R3 úbytek velikostí shodný s -U REF1. Výstupní OZ2 v uvedeném invertujícím zapojení převádí proud výstupní fotodiody I P2 na napětí dle vztahu U OUT = U REF2 - R4 I P2. Podobně jako v případě unipolárního zesilovače je prvním krokem návrhu nalezení odporu R3. Ten je určen velikostí vstupního signálu, referenčního napětí U REF1 a maximálním výstupním proudem OZ1 I O MAX = I F MAX. Velikost tohoto odporu má rovněž vliv na šířku pásma a stabilitu. Odpor R3 volíme tak, aby platilo: (4) Pokud se zvolí napětí U REF2 tak, aby platilo: je přenos G zesilovače na obr. 9: (5) (6) Jednu z možností, jak takový izolační zesilovač jednoduše realizovat pro rozsah vstupního napětí ±1 V, představuje zapojení na obr. 10, kde jsou jako zdroje referenčních napětí použity běžné kře- 2/2002 21

vybrali jsme pro Vás Obr. 10 - Bipolární izolační zesilovač využívající odporový režim fotodiod optočlenu s jednotlivým přenosem pro vstupní napětí ±1V míkové diody. Pak lze předpokládat že U REF1 0,6 V a volíme-li I F MAX = 5 ma, získáme z (4) hodnotu odporu R3 30 kω. Pokud požadujeme jednotkový přenos vychází při volbě R1 = R2 = 30 kω a při uvažování K3 = 1 z (6) hodnota odporu R4 = 60 kω. Protože z (5) vychází že U REF2 = 2U REF1, jsou jako zdroj U REF2 použity dvě stejné křemíkové diody zapojené do série. Tento jednoduchý zesilovač je podle [2] dostatečně stabilní, poněkud horší je to s vlivem teploty. Pokračování Prameny: [1] J. Humlhans: Zajímavé integrované obvody v katalogu GM Electronic 31, Optoelektronické vazební členy - část 1. [2] B. Krause: Designing Linear Amplifiers Using the IL300 Optocoupler. Aplikační poznámka 50. Infineon Technologies Corp. (www.infineon.com/opto) Rychlá elektronická pojistka Obvod zapojený podle obr. 1 lze využít jako ochranu zdroje napětí U1 a případně i zátěže R2 proti nadměrnému proudu. MOSFET T1 má při tom dvojí funkci, pracuje jednak jako spínač, jednak jako senzor proudu zátěže. Je-li vše v pořádku a pojistka i zátěž jsou napájeny, odpovídá napětí na kolektoru T1 z hlediska IO1A úrovni log 0. Na výstupu invertoru IO1A a tedy i na hradlu T1 je napětí na úrovni log 1, které udržuje tranzistor v sepnutém stavu a současně prostřednictvím dalšího invertoru IO1B blokuje funkci oscilátoru vytvořeného z dalších tří invertorů z pouzdra CD4069UB. Poslední z invertorů VCF má na svém výstupu úroveň log. 1 a tím uzavřená dioda D1 zatím na sepnutý MOSFET nijak nepůsobí. Když začne zátěží a tranzistorem T1 protékat příliš velký proud, napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru a tedy na vstupu IO1A narůstá a napětí na jeho výstupu a hradle T1 následkem toho klesá a obvod přejde do stavu, kdy zátěží neprotéká prakticky žádný proud. Rychlost reakce pojistky lze ovlivnit kapacitou C1, který současně zajistí sepnutí T1 při připojení napájení. S hodnotami součástek uvedených na obr. 1 dojde při změně odporu zátěže R2 z 10 Ω na 1 Ω k rozepnutí obvodu přibližně za 1 ms. Přitom je aktivován, přes IO1B a D2 dosud blokovaný, oscilátor tvořený IO1C-E. Ten periodicky, přibližně každých několik 0,1 s, vysílá na vstup IO1A impuls, kterým se testuje, zdali nedošlo k návratu do normálního stavu. Pokud tomu tak je, zátěž je dále normálně napájená, jestliže přetížení trvá, v 25 ms je proud opět přerušen. Kritickou hodnotu proudu lze upravit děličem mezi výstupem invertoru IO1A a hradlem T1. μ Obr. 1 - Automatická pojistka proudová reaguje na nadměrný nárůst napětí na tranzistorovém spínači T1 Pramen: [1] G. Romeo: Resettable High-Speed Fuse Uses FET As A Sense Resistor. Electronic Design 5. listopadu 2001, s. 85, 86. Měření proudu ss motoru Zapojení na obr. 1 umožní měření proudu procházejícího stejnosměrným motorem napájeným z naznačeného můstkového zapojení polovodičových spínačů, např. tranzistorů MOSFET nebo IGBT. Jeho jednoduchost umožnilo využití dvou integrovaných proudových monitorů ZXCT1010 firmy Zetex (www.zetex.com), které umožňují převést napětí na jejich vstupech, které je v tomto případě následkem proudu procházejícího snímacím rezistorem R SENSE z napájecího zdroje do motoru, na jemu úměrný výstupní proud. Ten lze dále přeměnit rezistorem s odporem R OUT na napětí vztažené vůči zemi, které je možno přivést k dalšímu zpracování, např. na A/Č převodník. Použití dvou těchto integrovaných obvodů (jsou v pouzdře SOT23-5, což je výhodné pro použití při nedostatku prostoru) umožní měření proudu při obou směrech otáčení motoru, podle směru proudu se totiž obvody střídají ve funkci. Protože typická hodnota převodní konstanty G M = I OUT /U SENSE je 10 4 μa/v, platí pro výstupní napětí vztah U OUT = 0,01 U SENSE R OUT. Rozsah napájecího napětí ZXCT1010 je mezi 2,5 V až 20 V při typickém proudu vlastní spotřeby 4 μa, napětí na vstupech čili na snímacím rezistoru může být až 2,5 V. Protože typická chyba měření je při R SENSE = 0,1 Ω nejvýše ±2,5 %, postačí v případě zpracování A/Č převodníkem 8-bitové provedení. ZXCT1010 nalezne samozřejmě mnoho dalších aplikací. Lze jej použít všude tam, kde je třeba měřit, řídit nebo hlídat proud, jako je tomu např. v nabíječkách akumulátorů a jiných zdrojích proudu, inteligentních bateriích, zmíněném řízení motorů. Obr. 1 - Pomocí dvou IO ZXCT1010 l ze snadno měřit např. proud stejnosměrného motorku bez ohledu na směr otáčení Prameny: [1] S. Tiwari: Circuit measures currents in dc servo motor. EDN, 6. prosince 2001. s. 122. [2] Enhanced high-side current monitor ZXCT1010. Katalogový list firmy Zetex. 22 2/2002